毕业论文（设计）：基于单片机的舵机控制装置设计.docVIP

课 题：基于单片机的舵机控制装置 的设计—软件设计部分 姓 名：钱晓英 班 级：P312110 学 号：01 指导老师：林方聪 2013年5月 目 录 引言 舵机概述 舵机的结构和控制 单片机控制原理 系统软件设计 1、位置环设计 2、速度反馈 3、电流反馈 4 、试验结果 结语 参考文献 引 言 舵机作为无人机制导系统的主要组成部分，是操纵机动飞行的重要执行机构。舵机的作用是根据飞行器制导控制电路输出的一定大小和极性的信号，操纵无人机的舵面或副翼或改变发动机的推力矢量，控制舵面按要求快速、精确的偏转，实现舵机控制的各项指标，以达到对无人机的飞行稳定控制。飞行器经过近半个多世纪的发展，关键技术渐已成熟，但输出力巨大，响应速度快，控制精度高，体积小，重量轻，高可靠性始终是无人机舵机发展的目标。 PLC单片机的突出特点是体积小，功耗低，、指令集精简，抗干扰性好，有较强的模拟接口，代码必威体育官网网址性好，其兼容的Flash程序储存器，支持低电压快速擦写，程序修改方便。在一些小型的应用中比传统的51单片机更灵活，外围电路更少，因而得到了广泛应用。在无人机舵机控制系统的设计中，PLC单片机很好的满足了其小体积限制，抗干扰高，功耗低等要求。 本文介绍以PLC单片机为控制核心的无人机舵机控制系统的设计与实现，并给出了调试结果。 舵机概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制： 1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）； 2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动； 3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角； 4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角； 遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 二、结构和控制 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。 常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数，以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种